火电厂应对碳达峰碳中和的探讨

火电厂应对碳达峰碳中和的探讨

王仕国

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深圳万泰认证有限公司

摘要：随着国民经济的发展，能源问题逐渐凸显，节能减排的重要性越来越突出。火电厂项目支持范围包括于供配电系统优化、余热余压利用、电机系统节能改造、绿色照明工程、暖通空调系统节能、工业锅炉改造、智慧综合能源等节能减排改造，高效节能装备、设备、产品制造，光伏、风力、水力发电等新能源开发应用项目。本文主要对火电厂应对碳达峰碳中和进行探讨。

关键词：火电厂；碳达峰；碳中和

引言

目前生态环境部已组织开展了发电、建材、有色、钢铁、石化、化工、造纸和航空等多个行业的企业碳排放数据报告与核查工作，这些行业将陆续纳入到碳排放权配额市场中。多个行业的加入，一是将显著提升市场的供给、需求量和交易量，降低市场价格波动。二是可有效消除行业间差异，平滑各行业在区域、时期上的差异带来的市场波动。同时，碳市场将允许以碳交易和碳投资为主的金融机构参与：一方面银行可以为碳市场成员提供融资担保和买碳代理、资讯等中间业务，另一方面基金、理财和信托产品可以将碳资产包装成另类投资产品，面向机构和个人投资者出售。

1国内碳市场现状

电力行业要严控煤炭消费和新增煤电项目，有序淘汰落后煤电，发展清洁能源，加快节能升级和灵活性改造，推进供热改造，推动煤电转型。2025年前实现非化石能源占一次能源消费比重达20％左右，单位GDP能源消耗较2020年下降13.5％，单位GDPCO2排放量较2020年下降18％，多措并举确保2030年碳达峰目标顺利实现。国内的能源企业已经陆续公布碳达峰时间，主要集中在2025—2028年之间。中央经济工作会议强调，要加快建设碳排放权交易市场，生态环境部陆续出台《碳排放权交易管理办法（试行）》《2019—2020年全国碳排放权交易配额总量设定与分配实施方案（发电行业）》（配额方案）、《碳排放交易暂行条例（草案修改稿）》《关于加强企业温室气体排放报告管理相关工作的通知》和《碳排放权登记、交易、结算管理规则》等，推动碳市场稳步有序开展。

2火电厂应对碳达峰碳中和优化途径

2.1火电厂锅炉节能降耗

2.1.1做好锅炉运行前的准备工作

为了可以让火力发电厂实际运营的相关工作更加有效地展开，要提前给有关工作人员进行准备工作，并且改善锅炉周围所存在的运营环境，从而促使锅炉使用的状态更加稳定，避免其他的因素而使得设备的使用产生障碍，让锅炉使用效率获得显著提升，对锅炉进行良好的调节。要尽量维持更加完善可靠的安全责任制度，并且让责任能够切实地得到传播，让每位工作人员都可以了解工作的重要性，并且对锅炉进行严格的监测，对锅炉产生的问题也要及时找到解决问题的办法。当然还要采取比较合理的经济机制，让更多的工作人员能够积极地采取有效的方式来完成锅炉的工作，使自身的行为以及操作工作更加规范，尽量避免人为所导致的一系列相关的问题，并且促使锅炉能够始终保持在一个更加稳定的运营状态之下。当然，相关部门还需要培训员工，使工作人员整体的素养有所提升，使用更加有效的方式解决锅炉运行过程当中的一系列问题，从而促使工作得到进一步优化，并且提升锅炉的使用效率。

2.1.2浸没式及喷射式电极锅炉房设计

电极锅炉按水流与电极的接触方式不同，分为浸没式和喷射式。因这两种电极锅炉其单台锅炉功率负载相同，在锅炉房设计选用锅炉时，更应详尽地考核其运行及设计中的差异，比选出技术更加成熟、运维更加简便安全的设备。将电极全部或部分浸没于电极工质中的电极式电加热锅炉为浸没式电极锅炉；将电极工质喷射在电极之间，利用电极介质连接电极从而形成电流回路的电极式电加热锅炉称为喷射式电极锅炉。两种锅炉均是以水作为电阻进行供热的，以水作为导体，那么把水的电导率控制在某个特定的范围内是必要的。电导率太低，锅炉达不到额定出力；电导率太高，又会引起电流短路发生事故。但两者最大的不同之处在于与水接触的间隙不同，即锅炉对水的电导率要求不同。由于浸没式电极锅炉其电极棒浸没在水中，与水接触电阻小，电导率大，故这种锅炉需要控制导电率在合理范围内，否则，会造成电击穿事故。其炉水电导率需控制在≤200us/cm，故锅炉本体补水必须采用除盐水。而喷射式电极锅炉其与水接触间隙大，电导率小，其炉水电导率需控制在＞2000us/cm，锅炉本体补水采用软化水即可满足要求。浸没式电极锅炉房设计过程中，锅炉本体补水除了常规设置的软水器、补水箱、补水泵外，还需增设的设备有除盐装置，以降低给水中电解质的含量，且当循环水电导率达到200μs/cm时，锅炉本体内筒开启排污，以排出高电导率的炉水，将锅炉内筒炉水电导率降低到正常限制值以内。而喷射式电极锅炉因其锅炉本体所需电导率非常高，其补水采用软化水的同时还需增设加药泵用以补充电解质，才可满足炉水中电导率的要求。

2.1.3电极锅炉及电阻锅炉设备的选用

锅炉作为锅炉房供热系统中最核心的设备，在锅炉房设计前，需对选用不同的锅炉本体其性能要有充分的了解，才能合理配置辅助供热设备，设计出较为合理的供热系统。在锅炉设备选型过程中，需综合考虑其设备性能但更重要的是考虑其安全性。从单台设备热功率出发，在单台锅炉功率负载在4MW以上时，经综合经济性分析，考虑选用电极锅炉；当单台锅炉功率负载在4MW以下时，考虑采用电阻锅炉作为锅炉房的热源，其原因在于从供热负荷调节角度，不建议锅炉本体长时间在低负荷区域工作，选用电阻锅炉更能贴合小范围供暖的热负荷；且从控制操作性能考虑，电阻锅炉属于常规控制要求，简单易学，普通司炉工即可满足运维要求，而电极锅炉大多国外引入，需专业或经严格培训后才可上岗的专业操作人员才可，小型区域供热热源较大型供热热源在运维人员的配置方面会有所偏弱，综上所述分析，小型区域供热热源选用电阻锅炉较电极锅炉优势更大。

2.1.4热电联产系统的应用

热电联产主要是指能够同时生产热能和电能的综合功能系统。凝汽式电厂或者供热锅炉房在实际运行中只能提供单一种类的电能或者热能，这种功能方法又可以称之为热电分产。依据国家热电联产相关技术规定，当热电站处于稳定运行、热负荷饱满的情况下，应当优先选择背压式供热机组。某改造工程中的热电站依据生产技术用气参数与用汽量参数选择使用背压式供热机组配合燃煤动力型锅炉共同构成热电联产供热系统。依据热电厂的热力系统能够构建出热电联产系统计算分析模型，计算分析模型仅对能量换算相关结构进行标注，通相关计算与分析即可表明热力系统的整体完整程度。与传统热电分产模式不同，热电联产集中供热系统在实际应用中能够有效控制能源利用，同时提高供热质量与效率。除此之外，热电联产还应用了高效环保技术，大幅度降低了供热系统运行时产生的各类污染问题，进一步推动我国电力行业和供热行业长远健康发展。

2.1.5控制锅炉运行中的能源消耗

对发电厂的锅炉运行进行控制的十号相关工作人员对燃料燃烧的工作要能够进行进一步检查，当然还需要减少消耗，促使发电厂可以获取相对更加显著的经济效益。工作人员可以将燃烧效率相对较低的部分当作切入点，对锅炉进行调试，让锅炉使用的情况可以达到预计标准，有一些锅炉的燃烧不够充分，也需要对这些部分进行控制，只有这样才能够让锅炉在使用过程当中的效率获得提升，降低低能耗，节约能源。对于清洁燃煤的推广工作也是非常必要的，通过充分燃烧清洁燃煤可以让锅炉运行的能耗有所减少，并且降低环境污染。对发电行业的实际发展情况进行分析不难发现，目前很多先进的技术已经被使用在发电当中去，当然工作人员要按照具体的情况，具有针对性的合理使用技术，从而让发电厂的生产模式得到进一步创新。锅炉很有可能因为化而导致各种故障的产生，所以工作人员要及时进行养护，并且对锅炉按时进行检修，一旦发现任何问题都要及时解决，只有这样才能让发电厂当中的锅炉运行更加稳定。

2.2燃煤电厂深度调峰下关通道电除尘技术

随着我国“双碳”目标的推进，风电、水电、光伏等新能源装机容量持续增加，火电由主体性电源逐步向辅助服务和调节兜底性电源转变，在风小、枯水期、阴雨天、冬季采暖期等条件下，新能源不能保证稳定产出电能，此时相对稳定的火电就要以深度调峰的方式保证电网的稳定性。超超临界机组的深度调峰是我国电力调峰的重要部分，使机组具有更好的深度调峰能力和更灵活的运行力需求越来越广，机组调峰深度越深、变负荷速率越快、低负荷发电效率越高、深度调峰改造技术经济性越好，就越能在未来的发电市场具备更强的竞争力。同时，目前国内部分地区已开始有偿调峰补偿，其中华东区域有偿调峰服务补偿标准为机组负荷率的60%，常规燃煤机组按低于基本调峰下限少发电量给予补偿，低于30%时补偿标准为160元·MWh-1。在每个通道前端设置挡板，隔断两个通道的气流，实现振打时没有高流速的烟气冲刷，振打清灰时下落的粉尘不会被气流再次带走，从而解决了振打引起的二次扬尘问题。关通道电除尘结构简单，在超低负荷下（19%工况）调峰响应速度快，可与电场内设置的供电分区的电控调节配合，通过关闭通道和降低高压电源输出功率，可大幅降低电耗。通过关断一个供电分区或降低该供电分区的二次电流，达到除尘效率满足要求的同时降低电耗。关断通道技术可有效解决低负荷下烟气流速过低导致积灰堵塞的问题和高负荷下烟气流速过高导致二次扬尘的问题，通过调节供电分区的控制，达到节能的效果。

2.3汽轮机高效运行节能优化

2.3.1关注凝汽器真空状态节能降耗方法

凝汽器真空状况，直接关乎排气的效率，因此，为了确定凝汽器内部是否为真空状况，须配置专门技术人员做好对各个部分密封状况的检测，以保证部件密封性满足有关标准规定、冷却水供给充足。同样，还必须确定中冷器室内有无存在空气，并控制热井中的水平，以保证轴封体系和真空泵工作状况的正常。如此一来，在防止出现凝汽器工作中真空系统降低问题的时候，一旦出现冷凝器工作真空控制系统下降情况，在第一时刻针对性处理，降低了能源费用，但这个过程中，仍需实时注意真空泵工作状况，如在高负荷下真空控制系统正常运行而并未泄漏的状况下，需低负荷泄漏时应立即启用，以适度增加汽轮机真空的稳定程度，从而合理地保障了发电机的经济性。

2.3.2加强对汽轮机运行情况管理节能降耗方法

发电厂汽轮机运转期间，为保证极高负载区发电机组各项管理工作的品质，可合理调节水流动面积，极低负载区增加了给水泵转轴临界速度、燃烧、水循环系统等的稳定性，定压调整较低水平。中间高负荷区域根据情况进行负载加减管理，以确保气门开关的稳定滑压运行状态，即为经定、滑、定的工作方式管理，以管理发电厂汽轮机运行状态。此外，为增加给水方式温、高压加热器的投入量，以及减小空气能热水器工作温度，还建议进行加空气能热水器调节工作方式，在中间高负荷下增加汽轮机主汽温度、增加汽轮机的注气速度压力。

2.4系统节电器

变压器的损耗一般主要由空载损耗和负载损耗构成。其中空载损耗为不变的损耗，与负载电流的大小和性质无关，主要与变压器的材料、制造工艺等有关，占变压器总损耗的20%～30%。负载损耗即铜损耗，因变压器的原、副绕组中都有一定的电阻，当电流流过绕组时，就会产生热效应，消耗电能。变压器的铜损耗取决于负载电流的大小和绕组的阻值，因此是可变损耗。在某一负载下变压器的铜损耗等于变压器负载系数的平方与其额定铜损耗的乘积，占变压器总损耗的70%～80%。变压器的效率取决于负载率，当负载较小时，效率较低；当负载超过某一负载时，因铜损耗占比增大，效率反而会降低。所以在变压器的空载损耗(铁损)和铜损相等时，变压器的效率最高。电能传输的物理本质是电磁场将能量传递给导线中可以形成电流的电荷，这些运动电荷再将来自电磁场的能量，沿着导线进行传输。电能的使用效率与自由电子传输电能的效率成正比，自由电子在这些导体的能量传输效率会受到各种因素干扰而降低。如工厂用电系统电气设备、电缆等通电过程中，都会有电磁波散射发生，自由电子变得无序，无序性带来了自由电子的相互“碰撞”，相互“碰撞”导致了电磁波的散射，电磁波的散射导致能量的损失，因而不断往外发热散失能量。

2.5输煤系统照明的优化

2.5.1运用照明云控系统，实现照明智能管理

由于照明系统关系到电厂照明安全，因此智能控制系统的可靠性以及单灯监控设备的故障率将直接影响整个照明系统能否稳定运行。可以采用具有先进技术水平的成熟稳定的云控系统设备，并建立一个可扩展的平台，充分考虑与前期工程兼容性和后续扩展性，实现既可以独立应用，也可以联网应用。既能满足未来十年内照明照度要求，又要保证智能控制系统在智慧化电厂管理创新方面具有先进性。系统可扩展多种传感设备，传感器包括光照度传感器、微波传感器等。系统需兼容已有的智能照明系统，实现无缝联动。系统需支持服务器的主从备份，当主服务器损坏或死机时，备份服务器可以自动接管工作。网关自带实时时钟，设置有断电记忆功能，可以不连接外网或重新来电时还能运行定时。网关损坏时，传感器与墙壁开关及遥控器可以继续控制灯具。

2.5.2自动巡检，自动查报故障及其具体位置

每个智能灯具具有一个独立ID，采用无线MESH组网方式组网。灯具与灯具之间、灯具与其他传感器之间具有联动功能，联动距离可达50m，联动策略可采用手机、电脑配置下发到各智能灯具。每个智能灯具可以实现任意组网，并能接入已有的智能照明系统。软件支持地图定位，可读取灯具状态开关、调光状态信息。单灯具有故障告警，单灯控制器支持本地故障监测功能，可自动检测灯具的功率实现本地报警，单灯控制器具备LED灯故障检测功能，具有远程升级程序的功能。可统计电量信息，故障信息系统可视化。根据现场环境布置灯具具体位置和数量，既能实现系统自动巡检，查看故障信息，又能定位具体故障位置从而减少维护量，还能避免因不知道具体是哪个单灯故障从而办理不停电作业更换灯泡带来的安全隐患。

结语

总之，当前要转变传统经营模式，传统以电量为主的经营模式不再适合火电厂发展，未来将会面临的是以经济为主的经营模式的挑战，需要综合考虑电量、电价、碳排放量、碳价、煤量和煤价等的综合边际成本。

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